**塑料成熟膜和自然干燥成熟的CO?渗透性对实验性Emmentaler奶酪眼孔形成的影响**

《International Dairy Journal》：CO 2 permeability of plastic ripening films and of natural dry ripening influences eye formation in experimental Emmentaler cheese

　　

摘要：研究人员研究了CO?扩散对实验性瑞士型奶酪成熟过程中眼孔形成的影响。将三种具有明确CO?渗透性（198、576或1050 cm3·m^?2·24 h^?1·bar^?1）的塑料薄膜与自然干燥成熟（无塑料薄膜的对照奶酪）进行比较，同时测试两种不同的费氏丙酸杆菌（Propionibacterium freudenreichii）培养物。在成熟结束时测定了总体成分和挥发性羧酸。通过计算机断层扫描（CT，computed tomography）分析了眼孔体积、眼孔数量和无眼孔边界区等物理参数。随着渗透性增加，相对眼孔体积从13.6%下降至9.0%（p?**论文解读**

**研究背景与意义**

眼孔是瑞士型奶酪最显著的质量特征之一，其大小、数量、形状和分布直接影响产品的商业价值和消费者接受度。瑞士型奶酪（Swiss-type cheese）的特征性圆形光泽孔洞和坚果甜味风味源于费氏丙酸杆菌（Propionibacterium freudenreichii）驱动的丙酸发酵过程。眼孔形成是一个受多种因素影响的复杂过程，包括：奶酪凝块的完全融合、可控的CO?形成、眼孔核心的存在、柔软黏弹性的质构、CO?在奶酪基质中的溶解度以及奶酪表面的扩散屏障。实现全年一致、可重现的眼孔形成一直是瑞士型奶酪生产中面临的重大挑战。

CO?在奶酪中的溶解度并非固定值，而是取决于温度和基质组成。只有当CO?超过奶酪基质的溶解能力时，才能促进眼孔的形成和生长。已有研究表明，在水分与蛋白质比约为1.5:1及5°C条件下，CO?溶解度最低，约为33 mmol·kg^?1·atm^?1。此外，温度对CO?扩散的影响显著，13°C时的扩散速率约为4°C时的4倍。然而，此前关于表面渗透性对CO?扩散和眼孔形成影响的定量研究十分有限。Kraggerud等人（2009）虽比较了四种不同塑料薄膜对无外皮奶酪眼孔体积发育的影响，但由于图像分割精度不足，结果未达到统计学显著差异。因此，系统性地量化成熟表面CO?渗透性对眼孔形成的影响，无论从工业还是学术角度均具有重要意义。

本研究旨在利用高度标准化的奶酪成熟条件，研究三种具有特定CO?渗透性的塑料薄膜和无薄膜对照对两种不同丙酸菌（PAB，propionic acid bacteria）培养物所制奶酪样品眼孔形成的影响。

**主要关键技术方法**

研究人员在Agroscope中试工厂使用90 L牛奶制造了8个实验性Emmentaler奶酪（直径30 cm），采用全因子实验设计，包含两个因子：PAB培养物（Prop 96，低天冬氨酸酶活性和较低CO?生成量；Prop 01，较高天冬氨酸酶活性和CO?生成量）和成熟条件（自然干燥成熟及三种CO?渗透性分别为198、576和1050 cm3·m^?2·24 h^?1·bar^?1的塑料薄膜），每个处理进行两次独立生物学重复。通过添加粉末状干草颗粒（<100 μm）标准化眼孔核心数量。利用计算机断层扫描（CT）结合VG Studio Max软件进行三维图像分析，定量测定眼孔体积、眼孔数量和空间分布，并采用三维坐标系分析无眼孔边界区厚度。CO?形成量通过代谢产物（丙酸、琥珀酸）的摩尔浓度估算，溶解态CO?使用红外检测法测定，扩散损失的CO?通过物质平衡计算。挥发性羧酸采用气相色谱-火焰离子化检测器（GC-FID，gas chromatography with flame ionisation detector）结合顶空技术分析。

**主要研究结果**

**3.1 奶酪制造后的状况：** 16个奶酪在4小时后的pH范围为5.59–5.67，24小时后达到5.22–5.27，均处于目标范围内，为CO?生成菌株提供了最适条件。第二个生产日的24小时pH显著更低，表明该生产日酸化延迟，但全因子设计确保了这些差异不影响研究因子水平的方差分析。

**3.2 120天时奶酪组成：** NaCl、pH、脂肪、pH 4.6水溶性氮（SN，water-soluble nitrogen）和12%三氯乙酸可溶性氮（TCA-SN，trichloroacetic acid soluble nitrogen）在各处理间无显著差异。乳酸被PAB培养物Prop 96和Prop 01完全代谢，预示着奶酪中最大程度的CO?形成。自然干燥成熟显示出显著增加的水分损失和因此升高的总氮（TN，total nitrogen）含量，而三种塑料薄膜成熟奶酪之间的水分含量和TN无显著差异。

**3.3 丙酸发酵：** 乙酸和丙酸是主要的挥发性酸，其数值不受自然成熟与塑料薄膜成熟条件的显著影响。仅乙酸在Prop 01样品中显著更高，这可归因于其较高的天冬氨酸酶活性。低水平的丁酸（≤1 mmol·kg^?1）证明在奶酪样品成熟过程中无丁酸菌干扰发酵。塑料薄膜成熟对丙酸发酵及由此对总CO?形成没有显著影响。

**3.4 估算的CO?扩散：** 溶解于奶酪基质中的CO?量取决于表面渗透性类型：渗透性越高，基质中溶解CO?越少。仅最高渗透性薄膜成熟的奶酪显示显著更低的溶解CO?（约25 mmol·kg^?1），而最低渗透性薄膜的溶解CO?均值（约29 mmol·kg^?1）与干燥成熟奶酪（约32 mmol·kg^?1）接近。Prop 01培养物与最高渗透性薄膜组合的奶酪基质中溶解CO?最低，同时估算的扩散损失CO?最高。CO?分配模式因成熟条件而异：自然干燥成熟以近60%的CO?保留在基质中为特征，最低渗透性薄膜（“198”）在眼孔中捕获的CO?比例最高（平均12%），最高渗透性薄膜（“1050”）的扩散损失（约48%）与溶解态（约45%）几乎相等。

**3.5 眼孔形成：** 最低塑料薄膜渗透性（198 cm3·m^?2·24 h^?1·bar^?1）对应的相对眼孔体积最大（平均13.6%），显著高于其余处理。增加渗透性至575–1050 cm3·m^?2·24 h^?1·bar^?1，相对眼孔体积降至9%–10%。相反，眼孔数量在自然成熟奶酪中最少，并随表面渗透性增加而增加，从426个增至711个。高眼孔数量与低总体积的组合表明开孔更小：薄膜“198”中单个眼孔体积显著最大（约2000 mm3），部分因开裂或融合所致；最高表面渗透性的奶酪中眼孔最小（约1000 mm3）。

**3.6 无眼孔边界区：** 在塑料薄膜成熟奶酪中，无眼孔边界区（最外层10个眼孔中心至边界的距离均值）随渗透性增加而显著增大（0.74 mm–1.88 mm）。无薄膜对照奶酪的眼孔无法在约7 mm的边界区内生长，形成了明显可见的大范围无眼区。该区域在成熟过程中因水分流失形成致密的蛋白质和脂肪基质，同时通常NaCl含量较高，抑制PAB生长，减少CO?生成。该无眼孔边界区是干燥成熟对照奶酪尽管添加了干草颗粒标准化眼孔形成，却呈现出最少眼孔数量的主要原因之一。

**总结与结论**

本研究取得了显著进展，明确了表面渗透性对奶酪眼孔形成的影响。通过应用三种不同塑料薄膜和自然干燥成熟，结合两种CO?生成量不同的PAB培养物，结果清晰表明：塑料薄膜渗透性的变化影响CO?扩散，进而影响眼孔形成量和无眼孔边界区大小。增加渗透性导致估算的CO?扩散量增加、基质中CO?溶解减少、眼孔体积减小、无眼孔边界区厚度增大，但眼孔数量显著增加且单个开孔变小。

自然干燥成熟奶酪与薄膜成熟奶酪表现截然不同。研究人员推测，在成熟初期天然外皮的渗透性较高，而该阶段对眼孔形成至关重要，因此形成的眼孔较少、总体积较低；随着成熟推进，外皮变得更干燥、更坚硬、更致密，导致CO?渗透性降低，增加缺陷性眼孔形成（如椭圆形孔、裂口或裂纹）的风险。本研究证实，眼孔形成是一个受成熟条件特性强烈影响的复杂动态过程，塑料薄膜的CO?渗透性可作为控制瑞士型奶酪眼孔形成的有效手段。然而，选择高渗透性薄膜时需谨慎，因为所采用的PAB培养物可能对CO?扩散有显著影响，但不一定影响眼孔形成。研究结论：成熟用薄膜或涂层的渗透性必须纳入考虑，尤其在具有开孔的奶酪成熟过程中；建议在早期阶段采取措施促进外皮形成，随后在后期阶段提供更潮湿的条件以允许CO?扩散出去。

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